Кіріспе
Радиотехникада және телекоммуникацияларда қолданылатын өлшем. Радиотехникада және телекоммуникацияларда тұрақты толқын қатынасы (SWR) – жүктемелердің кедергісі мен тарату желісінің немесе толқын жетектерінің сипаттамалық кедергісі арасындағы сәйкестіктің өлшемі. Кедергі сәйкессіздіктері беріліс желісі бойында тұрақты толқындардың пайда болуына әкеледі, ал SWR – желі бойындағы антинодтағы (максималды) бөлшектік тұрақты толқын амплитудасының, нодтағы (минималды) амплитудаға қатынасы ретінде анықталады. Кернеудің тұрақты толқын қатынасы (VSWR) (визуар деп айтылады) – беріліс желісіндегі максималды және минималды кернеудің арақатынасы. Мысалы, 1.2 VSWR дегеніміз, егер желі кем дегенде жарты толқын ұзындығы болса, сол желідегі минималды кернеудің 1.2 еселенген максималды кернеуді білдіреді. SWR сондай-ақ беріліс желісінің тогының максималды амплитудасының минималды амплитудаға, электр өрісінің күшіне немесе магнит өрісінің күшіне қатынасы ретінде де анықталуы мүмкін. Беріліс желісіндегі жоғалтуды ескермегенде, бұл қатынастар бірдей болады. Қуаттың тұрақты толқын қатынасы (PSWR) VSWR-дың квадраты ретінде анықталады, алайда бұл қолданыстан шығарылған терминнің берілудегі нақты қуатқа тікелей физикалық қатысы жоқ. SWR әдетте SWR метр деп аталатын арнайы құралмен өлшенеді. SWR – жүктеме кедергісінің қолданылып жүрген беріліс желісінің сипаттамалық кедергісіне қатысты өлшемі (олар бірге төменде сипатталғандай, шағылысу коэффициентін анықтайды), сондықтан берілген SWR метр, егер ол желідегідей сипаттамалық кедергіге арналған болса ғана, көретін кедергіні SWR ретінде түсіндіре алады. Іс жүзінде, осы қолданыстарда қолданылатын көптеген беріліс желілері 50 немесе 75 Ом кедергісі бар коаксиалды кабельдер болып табылады, сондықтан көптеген SWR метрлері осы мәндерге сәйкес келеді. SWR-ді тексеру радиостанциядағы стандартты процедура болып табылады. Жүктеменің кедергісін кедергі анализаторымен (немесе "кедергі көпірімен") өлшеу арқылы да бірдей ақпарат алуға болады, бірақ SWR метр осы мақсатта қарапайым және сенімді. Трансмиттер шығысындағы кедергі сәйкессіздігінің шамасын өлшеу арқылы, ол антеннаға немесе беріліс желісіне байланысты проблемаларды анықтайды.
In radio engineering and telecommunications, standing wave ratio (SWR) is a measure of impedance matching of loads to the characteristic impedance of a transmission line or waveguide. Impedance mismatches result in standing waves along the transmission line, and SWR is defined as the ratio of the partial standing wave's amplitude at an antinode (maximum) to the amplitude at a node (minimum) along the line. Voltage standing wave ratio (VSWR) (pronounced "vizwar") is the ratio of maximum to minimum voltage on a transmission line For example, a VSWR of 1.2 means a peak voltage 1.2 times the minimum voltage along that line, if the line is at least one half wavelength long. A SWR can be also defined as the ratio of the maximum amplitude to minimum amplitude of the transmission line's currents, electric field strength, or the magnetic field strength. Neglecting transmission line loss, these ratios are identical. The power standing wave ratio (PSWR) is defined as the square of the VSWR, however, this deprecated term has no direct physical relation to power actually involved in transmission. SWR is usually measured using a dedicated instrument called an SWR meter. Since SWR is a measure of the load impedance relative to the characteristic impedance of the transmission line in use (which together determine the reflection coefficient as described below), a given SWR meter can interpret the impedance it sees in terms of SWR only if it has been designed for the same particular characteristic impedance as the line. In practice most transmission lines used in these applications are coaxial cables with an impedance of either 50 or 75 ohms, so most SWR meters correspond to one of these. Checking the SWR is a standard procedure in a radio station. Although the same information could be obtained by measuring the load's impedance with an impedance analyzer (or "impedance bridge"), the SWR meter is simpler and more robust for this purpose. By measuring the magnitude of the impedance mismatch at the transmitter output it reveals problems due to either the antenna or the transmission line.
Импедансты сәйкестендіру
SWR радиожиілік (RF) сигналдарын таситын тарату желісінің сипаттамалық кедергісіне жүктеменің кедергісін сәйкестіру өлшемі ретінде қолданылады. Бұл әсіресе радио хабар таратушыларды және қабылдағыштарды олардың антенналарымен қосатын тарату желілеріне, сондай-ақ теледидар қабылдағыштары мен тарату күшейткіштеріне кабельдік теледидар байланыстары сияқты RF кабельдерінің ұқсас қолданылуына қатысты. Импеданс сәйкестігіне көз импедансы жүктеме импедансының күрделі конъюгаты болғанда қол жеткізіледі. Мұны жүзеге асырудың ең оңай жолы және беріліс желісі бойымен шығындарды азайту жолы – көздің және жүктеменің күрделі кедергісінің жолғарылған бөлігі нөлге тең болуы, яғни таза кедергілер, беріліс желісінің сипаттамалық кедергісіне тең болуы. Жүктеме кедергісі мен беріліс желісі арасында сәйкессіздік болған кезде, жүктемеге жіберілген алдыңғы толқынның бір бөлігі беріліс желісі бойымен көзге қарай кері қайтарылады. Бұл кезде көз күткенінен басқа импедансты көреді, бұл оның электр қуатын азырақ (немесе кейбір жағдайларда көбірек) жеткізуіне әкелуі мүмкін, нәтижесінде электр желісінің ұзындығына өте сезімтал болады. Мұндай сәйкессіздік әдетте қаламайды және беріліс желісі бойымен тұрақтанған толқындар пайда болады, бұл беріліс желісінің жоғалуын ұлғайтады (жоғары жиіліктерде және ұзын кабельдерде маңызды). SWR – бұл осы тұрақтанған толқындардың тереңдігін өлшейтін өлшем, сондықтан ол жүктеменің беріліс желісіне сәйкестігін өлшейтін өлшем. Сәйкес жүктеме 1:1-ге тең SWR-ге әкеліп, шағылысқан толқынның жоқтығын білдіреді. Шегінсіз SWR электр қуатын сіңіре алмайтын жүктемемен толық шағылысуды білдіреді, барлық түскен қуат көзге қарай шағылады. Жүктің беріліс желісіне сәйкестігі көздің беріліс желісіне сәйкестігінен немесе көздің беріліс желісі арқылы көрінетін жүктемеге сәйкестігінен өзгеше екенін түсіну керек. Мысалы, егер жүктеме кедергісі Zload және көз кедергісі арасында толық сәйкес келу болса, егер көз мен жүктеме кез келген сипаттамалық кедергісі Z0 бар тарату желісін пайдалана отырып, жарты толқын ұзындығы (немесе жарты толқын ұзындығының бірнеше есесі) бар электрлік тарату желісі арқылы қосылса, бұл толық сәйкес келу сақталады. Алайда, SWR әдетте 1:1 болмайды, бұл тек Zload және Z0-ға байланысты. Басқа ұзындығы бар беріліс желісімен көзге Zload-қа қарағанда басқа кедергі түседі, бұл көзге жақсы сәйкес келуі мүмкін немесе болмауы мүмкін. Кейде бұл әдейі, мысалы, төрттен бір толқын ұзындығындағы сәйкестіру бөлімі, басқа жағдайда сәйкес келмейтін көз бен жүктеме арасындағы сәйкестікті жақсарту үшін пайдаланылады. Алайда, радиожиілік көздері, мысалы, хабар таратушылар мен сигнал генераторлары, жалпы тарату желілерінің сипаттамалық кедергілеріне сәйкес келетін 50Ω немесе 75Ω сияқты тек кедергілі жүктеме кедергісін қарауға арналған. Мұндай жағдайларда, жүктемені беру желісіне сәйкестендіру, Zload = Z0, әрқашан көздің бірдей жүктеме кедергісін көруін қамтамасыз етеді, егер беру желісі болмаса. Бұл 1:1 SWR-мен бірдей. Бұл жағдай (Zload = Z0) сонымен қатар көздің көретін жүктемесі электр желісінің ұзындығынан тәуелсіз екенін білдіреді. Тарату желісінің физикалық сегментінің электрлік ұзындығы сигнал жиілігіне байланысты болғандықтан, бұл шарттың бұзылуы, егер Zload жиілікке тәуелсіз болса да, көздің тарату желісі арқылы көретін кедергісі жиіліктің функциясы болады (әсіресе желі ұзақ болса). Сонымен, тәжірибеде жақсы SWR (1:1-ге жақын) дегеніміз, хабар таратушының шығысы оптималдық және қауіпсіз жұмыс істеу үшін күтетін дәл кедергіге ие.
Қуаттылық тұрақты толқынының қатынасы
Қуаттың тұрақты толқын қатынасы (PSWR) термині кейде кернеудің тұрақты толқын қатынасының квадраты ретінде айтылады және анықталады. Бұл термин кеңінен "қате" деп есептеледі. Дегенмен, ол микротолқынды жиіліктерде бұрынғы стандартты өлшеу құралы болған, тесіктелген желіні пайдаланып SWR өлшеуінің бір түріне сәйкес келеді. Тесіктелген желі – толқын жетекші (немесе ауа толтырылған коаксиалдық желі), онда кішкентай сезімтал антенна, кристалл детектор немесе детектордың құрамына кіретін, желідегі электр өрісіне орналастырылады. Антеннаға түсетін кернеу нүктелік контактты диод (кристалл түзеткіш) немесе детекторға енгізілген Шоттки кедергісі бар диод арқылы түзетіледі. Бұл детекторлар кіріс деңгейі төмен болғанда квадраттық заңмен шығыс береді. Сондықтан, көрсеткіштер тесік бойымен зонд қозғалғанда E2max және E2min ең жоғары және ең төменгі мәндерімен электр өрісінің квадратына, E2(x) сәйкес келеді. Олардың қатынасы SWR квадратын, яғни PSWR-ды береді. Мұндай терминдерді рационализациялау тәсілі мәселелерге толы. Диодтың квадраттық заңға бағынуы тек диодтағы кернеу оның тізесінен төмен болғанда ғана байқалады. Егер анықталған кернеу тізеден жоғары болса, диодтың реакциясы дерлік сызықтық болады. Бұл режимде диод және оған қосылған сүзгі конденсаторы үлгі алынған кернеудің ең жоғарғы мәніне пропорционалды кернеуді жасайды. Мұндай детектор операторы детектор диодының жұмыс режимі туралы нақты мәліметке ие болмайды, сондықтан SWR немесе PSWR деп аталатын нәтижелерді ажырату іс жүзінде мүмкін емес. Жағдай одан да нашар болуы мүмкін, егер ең төменгі анықталған кернеу тізеден төмен, ал ең жоғары кернеу тізеден жоғары болса. Бұл жағдайда есептелген нәтижелер көбінесе мағынасыз болады. Осылайша, PSWR және Power Standing Wave Ratio терминдері қолданылмайды және оларды тек ескі өлшемдер тұрғысынан қарастыру керек.
Медициналық қолданудағы СТЖ әсері
SWR микротолқынды негізделген медициналық қолданбалардың жұмысына да кері әсер ете алады. Микротолқынды электрохирургияда тіндің ішіне тікелей орналастырылған антенна, әрқашан беру желісімен толық сәйкес келе бермейді, нәтижесінде SWR пайда болады. SWR-дің болуы қуат деңгейін өлшеуге арналған бақылау құрылғыларының жұмысына әсер етіп, мұндай өлшемдердің дұрыстығына күмән тудыруы мүмкін.